بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله روشی پیشنهاد میشود که بر مبناي آن بتوان نیازمندیهاي یک روش کارامد را در محاسبه شدت جریان لازم براي جلوگیري از یخزدگی هاديها در خطوط انتقال هوایی بر مبناي اثر ژول تعیین کرد. حداقل شدت جریان براي جلوگیري از یخزدگی، به پارامترهاي متعددي از مشخصات هادي شامل قطر بیرونی، مقاومت الکتریکی، شکل هندسی سطح هادي و هم چنین شرایط آب و هوایی مانند دماي هوا، سرعت باد و حجم آب مایع بستگی دارد. در این مقاله برآنیم که با ارایه یک مدل ریاضی، مسأله مورد نظر را تبیین و اثر هر یک از این پدیده ها را در جواب نهایی تعیین و حساسیت پاسخ به این تغییرات را مورد مطالعه قرار دهیم.از آن جا که این اثر گرم شدن هادي ها با استفاده از پدیده ژول از متداولترین راهکارهاي بهره برداران براي جلوگیري از یخ زدگی خطوط است، تعیین حداقل جریان در هر نقطه با توجه به شرایط خاص آن نقطه در مراحل امکان سنجی استفاده از راههاي مختلف بسیار مفید و کاربردي است. در این مقاله حساسیت پاسخ به تغییر وروديها بررسی و نشان داده شده است که براي هر منطقه، رسیدگیهاي خاص آن الزامی است.
واژههاي کلیدي: پارامترهاي آب و هوایی، ضریب انتقال حرارت، یخ زدایی، تونل باد.
-1 مقدمه
تراکم و برهم نشینی یخ میتواند باعث آسیب هاي جدي به خطوط انتقال هوایی شود و قابلیت اطمینان توزیع برق آنها را تحت تأثیر قرار دهد. گرماي الکتریکی ایجاد شده بر مبناي اثر ژول در هاديهاي 1 ACSR ، باعث مطالعات بسیاري شده است که تاکنون در این زمینه انجام شده است.در روش پیشنهادي، بایستی مدت زمان معینی قبل و در طول بازه تسریع یخ زدگی هادي هاي خط انتقال اثر خود را نشان دهد. با روش پیشنهادي، جریان نامی در هاديهاي خط انتقال به گونهاي افزایش مییابد که دماي سطح هادي را کمی بالاتر از دماي انجماد آن قرار دهد. اولین رابطهاي که براي محاسبه میزان جریان لازم براي جلوگیري از یخ زدگی هاديهاي خط انتقال استفاده شده است در مرجع [1] و پیشنهاد شده است.
در این رابطه با توجه به این که تابش خورشیدي بسیار ناچیز و قابل چشم پوشی است تنها انتقال حرارت اعمالی لحاظ شده است. در واقع یک روش تجربی انجام شده است که نتیجه می-دهد افزایش در دماي9C ° بالاتر از دماي محیط اطراف هادي براي جلوگیري از یخ زدگی هادي کافی به نظر می رسد1].[دلیل ذکر شده، این روش تجربی به شرایط آب و هوایی متعادل محدود می شود. - معمولاً در دماي هواي بیشتر از C-5° و سرعت باد کمتر از . - 5 s برخی نتایج حاصله ازآزمایشات گذشته در ارتباط با دماي مورد نیاز هادي براي جلوگیري از یخ زدگی در انواع مختلف سیم ها و کابل ها در مرجع [1] قابل دسترسی است.در مرجع [ 3] تلفات حرارتی به علت انتقال و نفوذ ذرات آب مورد بررسی قرار گرفته شده است.
این مرجع، شار حرارتی لازم را براي جلوگیري از یخ زدگی دو نوع مسطح و نسبتاً کوچک - 28CM - هاديهاي استاندارد داراي لایه هاي استوانه اي و ذوزنقه اي پیشنهاد کرده است. ثابت شده است درسرعت باد بالاتر از 5 حد مجاز قدرتی هادي-هاي استاندارد لایهدار براي جلوگیري از یخ زدگی در حدود%33 بزرگتر از هادي هاي با سطوح استوانه اي مسطح می باشد و این هم به دلیل افزایش سطح تماس هادي با جریان هوا می باشد.[3] علاوه بر این دریافت می شود که لایه هاي استوانهاي هادي ها بر میزان قدرت مورد نیاز براي جلوگیري از رشد یخ زدگی در سرعت باد کمتر از 10 تأثیري ندارد. به هر حال رابطه تجربی که براي یک نوع هادي مشخص به دست آمده است بدون توجه به شکل هندسی هادي ها حاصل شده است.[3]در مدل ریاضی ارائه شده در این مقاله، از رابطه کلی تعادل حرارتی که در مرجع [4] ذکر شده است استفاده شده است.
-2 مدل ریاضی
معادله کلی تعادل حرارتی هادي یک خط انتقال که تحت تأثیر تابش جریان آب و هوا قرار دارد به صورت رابطهي 1 است:
در این رابطه، - میزان - میزان حرارت ایجاد شده بوسیله اثر ژول، حرارت ترکیبی ایجاد شده بوسیله اثرات ایستایی - و - اصطکاك در لایه هاي مرزي،ومیزان انرژي جنبشی ذرات آب نفوذي،و میزان تلفات حرارتی به - ترتیب - دراثر - جابجایی، - - تبخیر - و ذرات آب نفوذي می باشد ومیزان تبادل حرارتی تابشی می باشد.می توان مؤلفه هاي رابطه - 1 - را به صورت زیر نوشت:
که جریان نامی عبوري از هادي خط انتقال،مقاومت الکتریکی AC واحد طول هادي در دماي - کار - و طول هادي است. عموماً محاسبات مربوط به مقاومت - الکتریکی - DC دردماي 20° در اختیار است 20 - که می توان از این طریق محاسبات مربوط مقاومت الکتریکی,AC را هم بدست آورد:
ابتدا مقاومت dc بایستی در دماي کار تنظیم شود. ثابت شده است که در بازه دمایی 0° تا 12° مقاومت الکتریکی به صورت خطی با تغییر دما تغییر می کند.[9] از آنجا که دماي
هادي بایستی در طول فرایند جلوگیري از یخ پوشی هادیهاکمی بالاتر از 0° نگه داشته شود، مقاومت الکتریکی dc در هادي از رابطه 3 به دست می آید:
مقاومت AC بدست آمده همان مقاومت ظاهري است که ازتوزیع شدت جریان در طول سطح هادي بدست می آید ومیتواند به صورت رابطه 4 کمی می شود:
که اثرات پوستی و ترانسفورمري با ضرایب, اند. ثابت می شود اثر پوستی باعث افزایش شدت جریان در سطح هادي می شود که به افزایش مقاومت هادي می انجامد.توزیع جریان در هادي هاي ACSR از شار مغناطیسی هسته فومغناطیسی و مخالفت آن با بخش مارپیچ لایه هاي غیر آهنی نیز تأثیر می پذیرد.[5] این اثر به اثر ترانسفورمري معروف است. اهمیت این موضوع تنها در حالت هادي هاي ACSR با تعداد فرد لایه هاي آلومونیومی به چشم می آید.[5]ضرایب Kt و Ks مربوط به سطوح هندسی مختلف هادي هايACSR در جداولی موجود می باشند. طبیعتاً، ضریب اثر ترانسفورمري Kt به جریان الکتریکی بستگی دارد چون شار هسته با جریان بار تغییر می کند.ضرایب تصحیح K1 و K2 در رابطه - 9 - در این مقاله به صورت زیر معرفی شده است:
بخشی از سطح هادي در تماس با هواست که به دلیل اثرات اصطکاك و ایستایی بسیار گرم شده است. در این مقاله ´ تمامسطح هادي مجاور با هواست. هم چنین بایستی قطر معادل هادي به جاي قطر محدود و مشخص هادي در محاسباتجایگزین شود.قطر معادل هادي به صورت رابطه 6 به دست می آید:
که در آن قطر لایه آلومونیومی و m - 1 - تعداد لایه ها در سطح بیرونی - - است. اثر انرژي جنبشی قطرات آب نفوذ یافته qk در معادله کلی تعادل دمایی براي اشیاي ثابت و ایستا و تحت شرایط آب و هوایی طبیعی قابل چشم پوشی است.مؤلفه جابجایی حرارتی به صورت زیر است:
که در آن - ℃ - سطح هادي در تماس با - - ℃ دماي هواي 2 حرارتی - دماي سطح هادي، محیط وهواست. نرخ تلفات - به علت تبخیر لایه آب از سطح هادي به صورت رابطه 8 بیان می شود:
در این رابطه دماي - ذرات. آب - به علت سرعت کمشان همسان دماي هوا در نظر گرفته شده است. همچنین در این رابطه فرض شده است سطح مجموعه ذرات آب موجود در هوا برابر با تصویر طولی هادي - Dc.L - می باشد. بازده مجموعه E برابر با نسبت حجم آب در جریان آزاد به حجم آب جمع آوري شده پس از نفوذ به سطح هادي است. E همواره کمتر از واحد است چون قطرات ریز آب موجود در هوا ممکن است از اطراف هادي عبور کنند. بخش مخالف باد هادي، با اینکه در معرض قطرات آب کمتري است ولی با جریان آب برگشتی از سمت روبرو مرطوب می گردد. اثر این آب برگشتی به سمت مخالف باد هادي همانند اثر یخ زدگی قطرات آب در ضریب K1 لحاظ شده اند. از آن جا که وجود این ضریب نمادي از تلفات حرارتی اضافی است پس این ضریب بایستی بزرگتر از یک باشد. - . - 1 ≥ 1
سطح مرطوب در سطح پشت به باد یک هادي استانداردقطرات آب روي سطح هادي در شکل 1 هرگز نمی تواند درتعادل حرارتی کامل با هادي قرار گیرد. را دماي ذرات آب نزدیک به سطح هادي وتقریب خوبی از دما در سطح مشترك هوا و قطرات آب فرض کنید. به صورت تئوري بایستی دماي میانگین را در رابطه - 9 - بهجاي قرار دهیم. اما از آنجا که محاسبه دقیق به دلیل تغییرات گسترده در ضخامت لایه آب امکان پذیر نیست فرض می شود این دما برابر با دماي سطح هادي است. این اثر با لحاظ کردن ضریب تصحیح K2 در نظز گرفته می شود. K2بایستی ضریبی کمتر از واحد باشد. با جاي گذاري روابط داده شده در رابطه تعادل حرارتی کلی - 10 - ، جریان الکتریکی هادي به صورت زیر به دست می آید:
تبادل حرارتی تابشی در این مقاله لحاظ] نشده است. در دماي سطح هادي صفر درجه0، جایی که هنوز یخ زدگی هادي نداریم، حداقل جریان مجاز Icبراي شرایط آب و هوایی داده شده طبق رابطه - 10 - قابل محاسبه است. چون در مدل ریاضی ارائه شده فرض شده است که دماي سطح هادي در مقدار 0℃ ثابت میماند، شیب تغیییرات دما درون هادي هاي ACSR در تعادل حرارتی آن نقشی ندارد. نکته اساسی در استفاده از رابطه - 10 - پیدا کردن مقادیر مناسب بازده مجموعه E، ضریب انتقال حرارت سرتاسري، h و هم چنین ضرایب تصحیح K1 و K2 براي هادي هاي استاندارد می باشد.
-3 مقایسه نتایج
